Go語言并發技術詳解

2020-04-01 19:24:29

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供稿：網友

這篇文章主要介紹了Go語言并發技術詳解,本文講解了goroutine、channels、Buffered Channels、Range和Close等內容,需要的朋友可以參考下

有人把Go比作21世紀的C語言，第一是因為Go語言設計簡單，第二，21世紀最重要的就是并行程序設計，而Go從語言層面就支持了并行。

goroutine

goroutine是Go并行設計的核心。goroutine說到底其實就是線程，但是它比線程更小，十幾個goroutine可能體現在底層就是五六個線程，Go語言內部幫你實現了這些goroutine之間的內存共享。執行goroutine只需極少的棧內存(大概是4~5KB)，當然會根據相應的數據伸縮。也正因為如此，可同時運行成千上萬個并發任務。goroutine比thread更易用、更高效、更輕便。

goroutine是通過Go的runtime管理的一個線程管理器。goroutine通過go關鍵字實現了，其實就是一個普通的函數。

復制代碼代碼如下:

go hello(a, b, c)

通過關鍵字go就啟動了一個goroutine。我們來看一個例子

復制代碼代碼如下:

package main

import (
"fmt"
"runtime"
)

func say(s string) {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        runtime.Gosched()
        fmt.Println(s)
    }
}

func main() {
go say("world") //開一個新的Goroutines執行
say("hello") //當前Goroutines執行
}

// 以上程序執行后將輸出：
// hello
// world
// hello
// world
// hello
// world
// hello
// world
// hello

我們可以看到go關鍵字很方便的就實現了并發編程。上面的多個goroutine運行在同一個進程里面，共享內存數據，不過設計上我們要遵循：不要通過共享來通信，而要通過通信來共享。

runtime.Gosched()表示讓CPU把時間片讓給別人,下次某個時候繼續恢復執行該goroutine。

默認情況下，調度器僅使用單線程，也就是說只實現了并發。想要發揮多核處理器的并行，需要在我們的程序中顯式調用 runtime.GOMAXPROCS(n) 告訴調度器同時使用多個線程。GOMAXPROCS 設置了同時運行邏輯代碼的系統線程的最大數量，并返回之前的設置。如果n < 1，不會改變當前設置。以后Go的新版本中調度得到改進后，這將被移除。這里有一篇Rob介紹的關于并發和并行的文章：http://concur.rspace.googlecode.com/hg/talk/concur.html#landing-slide

channels

goroutine運行在相同的地址空間，因此訪問共享內存必須做好同步。那么goroutine之間如何進行數據的通信呢，Go提供了一個很好的通信機制channel。channel可以與Unix shell 中的雙向管道做類比：可以通過它發送或者接收值。這些值只能是特定的類型：channel類型。定義一個channel時，也需要定義發送到channel的值的類型。注意，必須使用make 創建channel：

復制代碼代碼如下:

		
		ci := make(chan int)
		cs := make(chan string)
		cf := make(chan interface{})

channel通過操作符<-來接收和發送數據

復制代碼代碼如下:

		
		ch <- v    // 發送v到channel ch.
		v := <-ch  // 從ch中接收數據，并賦值給v

我們把這些應用到我們的例子中來：

復制代碼代碼如下:

package main

import "fmt"

func sum(a []int, c chan int) {
    total := 0
    for _, v := range a {
        total += v
    }
    c <- total // send total to c
}

func main() {
a := []int{7, 2, 8, -9, 4, 0}

    c := make(chan int)
    go sum(a[:len(a)/2], c)
    go sum(a[len(a)/2:], c)
    x, y := <-c, <-c // receive from c

fmt.Println(x, y, x + y)
}

默認情況下，channel接收和發送數據都是阻塞的，除非另一端已經準備好，這樣就使得Goroutines同步變的更加的簡單，而不需要顯式的lock。所謂阻塞，也就是如果讀?。╲alue := <-ch）它將會被阻塞，直到有數據接收。其次，任何發送（ch<-5）將會被阻塞，直到數據被讀出。無緩沖channel是在多個goroutine之間同步很棒的工具。

Buffered Channels

上面我們介紹了默認的非緩存類型的channel，不過Go也允許指定channel的緩沖大小，很簡單，就是channel可以存儲多少元素。ch:= make(chan bool, 4)，創建了可以存儲4個元素的bool 型channel。在這個channel 中，前4個元素可以無阻塞的寫入。當寫入第5個元素時，代碼將會阻塞，直到其他goroutine從channel 中讀取一些元素，騰出空間。

復制代碼代碼如下:

ch := make(chan type, value)

value == 0 ! 無緩沖（阻塞）
value > 0 ! 緩沖（非阻塞，直到value 個元素）

我們看一下下面這個例子，你可以在自己本機測試一下，修改相應的value值

復制代碼代碼如下:

package main

import "fmt"

func main() {
    c := make(chan int, 2)//修改2為1就報錯，修改2為3可以正常運行
    c <- 1
    c <- 2
    fmt.Println(<-c)
    fmt.Println(<-c)
}

Range和Close

上面這個例子中，我們需要讀取兩次c，這樣不是很方便，Go考慮到了這一點，所以也可以通過range，像操作slice或者map一樣操作緩存類型的channel，請看下面的例子

復制代碼代碼如下:

package main

import (
"fmt"
)

func fibonacci(n int, c chan int) {
    x, y := 1, 1
    for i := 0; i < n; i++ {
        c <- x
        x, y = y, x + y
    }
    close(c)
}

func main() {
    c := make(chan int, 10)
    go fibonacci(cap(c), c)
    for i := range c {
        fmt.Println(i)
    }
}

for i := range c能夠不斷的讀取channel里面的數據，直到該channel被顯式的關閉。上面代碼我們看到可以顯式的關閉channel，生產者通過內置函數close關閉channel。關閉channel之后就無法再發送任何數據了，在消費方可以通過語法v, ok := <-ch測試channel是否被關閉。如果ok返回false，那么說明channel已經沒有任何數據并且已經被關閉。

記住應該在生產者的地方關閉channel，而不是消費的地方去關閉它，這樣容易引起panic

另外記住一點的就是channel不像文件之類的，不需要經常去關閉，只有當你確實沒有任何發送數據了，或者你想顯式的結束range循環之類的。

Select

我們上面介紹的都是只有一個channel的情況，那么如果存在多個channel的時候，我們該如何操作呢，Go里面提供了一個關鍵字select，通過select可以監聽channel上的數據流動。

select默認是阻塞的，只有當監聽的channel中有發送或接收可以進行時才會運行，當多個channel都準備好的時候，select是隨機的選擇一個執行的。

復制代碼代碼如下:

package main

import "fmt"

func fibonacci(c, quit chan int) {
    x, y := 1, 1
    for {
        select {
        case c <- x:
            x, y = y, x + y
        case <-quit:
            fmt.Println("quit")
            return
        }
    }
}

func main() {
    c := make(chan int)
    quit := make(chan int)
    go func() {
        for i := 0; i < 10; i++ {
            fmt.Println(<-c)
        }
        quit <- 0
    }()
    fibonacci(c, quit)
}

在select里面還有default語法，select其實就是類似switch的功能，default就是當監聽的channel都沒有準備好的時候，默認執行的（select不再阻塞等待channel）。

復制代碼代碼如下:

		
		select {
		case i := <-c:
		    // use i
		default:
		    // 當c阻塞的時候執行這里
		}

超時

有時候會出現goroutine阻塞的情況，那么我們如何避免整個程序進入阻塞的情況呢？我們可以利用select來設置超時，通過如下的方式實現：

復制代碼代碼如下:

		
		func main() {
		    c := make(chan int)
		    o := make(chan bool)
		    go func() {
		        for {
		            select {
		                case v := <- c:
		                    println(v)
		                case <- time.After(5 * time.Second):
		                    println("timeout")
		                    o <- true
		                    break
		            }
		        }
		    }()
		    <- o
		}